目錄

1.背景介紹

2.實(shí)驗(yàn)流程

3.可行性分析

▌1.背景介紹

UR在每個(gè)關(guān)節(jié)里都是采用單圈絕對(duì)值編碼器與多圈增量式編碼器混合工作的方式。關(guān)于此雙編碼器的用途，UR官方?jīng)]有說(shuō)明，網(wǎng)上目前推測(cè)的用途包含兩個(gè)：

絕對(duì)值型的用來(lái)找零點(diǎn)，增量式用來(lái)做控制；實(shí)際中可能會(huì)把增量式的反饋值接入到位置環(huán)，而絕對(duì)值的接入到速度環(huán)。

通過(guò)兩個(gè)編碼器的誤差值可間接獲取關(guān)節(jié)輸出力矩，也即把雙編碼器當(dāng)做關(guān)節(jié)力矩傳感器來(lái)用。

功能1的爭(zhēng)議不大，國(guó)內(nèi)很多家的協(xié)作機(jī)器人是采用這種控制方式的。關(guān)于功能2存在著一定爭(zhēng)議。接下來(lái)通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)探討這種方式的實(shí)際可行性。

▌2.實(shí)驗(yàn)流程

采用單關(guān)節(jié)模組，包括電機(jī)、諧波減速器及雙編碼器器，圖中的彈簧是將傳動(dòng)過(guò)程中所有柔性原件等效在一起。

關(guān)節(jié)模組

實(shí)驗(yàn)中讓電機(jī)運(yùn)行不同的正弦軌跡，記錄兩個(gè)編碼器的角度，并做差，作為關(guān)節(jié)傳動(dòng)中的變形角。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，確實(shí)存在著穩(wěn)定的機(jī)械變形量，而該變形乘上關(guān)節(jié)剛度，即可獲取關(guān)節(jié)輸出力矩。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

▌3.可行性分析

存在著這種變形，為我們估計(jì)關(guān)節(jié)力矩提供了可能性。學(xué)術(shù)界也存在著運(yùn)用這種變形信息做力矩估計(jì)的研究[1,2]。這兩篇文章也比較新，里面涉及到的標(biāo)定等過(guò)程都較復(fù)雜，要想真正大批量用到實(shí)踐中有待商榷。

要對(duì)力矩進(jìn)行估計(jì)，則需要獲取關(guān)節(jié)剛度，這可以通過(guò)施加已知負(fù)載去近似估計(jì)；然而減速器（比如諧波減速器）的剛度特性是非線(xiàn)性的。

減速器關(guān)節(jié)剛度特性曲線(xiàn)

關(guān)節(jié)剛度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致力矩估計(jì)靈敏度。比如關(guān)節(jié)剛度為10^4Nm/rad，編碼器為17位，則最小可檢測(cè)力矩約為0.48Nm。此外，減速器的特性過(guò)于復(fù)雜，各種非線(xiàn)性及滯回特性，力矩脈沖波動(dòng)等，都會(huì)對(duì)這種力矩估計(jì)方式帶來(lái)難以預(yù)測(cè)的影響。

總結(jié)：減速器自身復(fù)雜的特性，及減速器摩擦力復(fù)雜的特性，給機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模及辨識(shí)精度帶來(lái)了惡劣的影響。力矩感知方式還需盡量隔離減速器的影響。雙編碼器的方式無(wú)法取代關(guān)節(jié)關(guān)機(jī)力矩傳感器的作用。雙編碼器用來(lái)做力矩估計(jì)的作用很有限。

參考文獻(xiàn)

[1]TorqueEstimationforRoboticJointWithHarmonicDriveTransmissionBasedonPositionMeasurements.

[2]MinimumVarianceEstimationofLoad-sideExternTorqueUsingLoad-sideEncoderandTorqueSensor

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